The Blake geomagnetic excursion recorded in the Mikulino Interglacial sediments of the Neva Lowland

全文:

ВВЕДЕНИЕ

Одним из актуальных направлений в развитии современной четвертичной стратиграфии и геохронологии является установление запечатленных в горных породах кратковременных, но имеющих глобальное распространение климатических и геомагнитных событий, представляющих из себя основу наших сведений об эволюции магнитного поля Земли и палеогеографических обстановках ее относительно недавнего прошлого. Геомагнитные события планетарного масштаба, такие как инверсии и экскурсы, в рамках магнитостратиграфического изучения осадочных толщ используются в качестве основных стратиграфических реперов и представляют собой перспективный инструмент для решения задач их высокоточного расчленения и стратиграфической корреляции. При этом успешное выполнение палеомагнитных исследований осадочных разрезов невозможно без применения комплекса методов четвертичной геохронологии, позволяющей максимально точно позиционировать геомагнитные события на шкале геологического времени, а также оценивать их продолжительность.

До настоящего времени петро- и палеомагнитное изучение осадочных разрезов квартера на территории Северо-Запада России охватывало только позднеледниковье и голоцен [1], а принципиально важная стратиграфическая граница – рубеж среднего–верхнего неоплейстоцена, а также микулинский межледниковый горизонт раньше не изучались. При этом вопросы установления возраста границ и хроностратиграфического объема микулинского (эемского) межледниковья, а также продолжительности его региональных дробных подразделений, несмотря на широкое изучение разрезов микулинских отложений Русской плиты, до сих пор остаются нерешенными [2]. В связи с этим получение непрерывной палеомагнитной записи из разрезов отложений микулинского межледниковья с высоким временным разрешением, а также выявление в ней стратиграфического положения и возраста экскурса геомагнитного поля Блейк, который приходится на начало позднего неоплейстоцена [3], является актуальной задачей в рамках детального хроностратиграфического расчленения верхнечетвертичных осадочных толщ на северо-западе Русской плиты.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОТБОР ОБРАЗЦОВ

Перспективным объектом для палеомагнитных и геохронологических исследований микулинских отложений в пределах Северо-Запада России может служить непрерывный и один из самых полных разрезов (~35 м) среднего–верхнего неоплейстоцена в карьере завода “Эталон”, расположенный у пос. им. Свердлова на правом берегу р. Нева, в центральной части Приневской низменности (Ленинградская область) (рис. 1). В основании разреза залегает московский гляциомариний и гляциолимний (gm, lgIIms) видимой мощностью до 6.0 м, который согласно перекрыт отложениями мгинской морской межледниковой толщи микулинского горизонта (mIIImk). Мгинский мариний в разрезе представлен плотными глинистыми алевритами темно-серого и черного цвета мощностью 9.5–10.0 м, часто с тонкой горизонтальной, волнистой и линзовидной слоистостью, а также большим количеством рассеянного органического вещества и двумя горизонтами раковин двустворчатых моллюсков (рис. 2). Осташковский тилл (gIIIos) мощностью не более 8.0–10.0 м с резким несогласием перекрывает мгинский мариний либо же маломощную (до 1.5 м) толщу нижне–средневалдайского лимния (lIIIvd_1–2), который линзовидно залегает на морских межледниковых отложениях и был вскрыт нами в одной из расчисток. Венчает разрез “Эталон” гляциолимний Балтийского ледникового озера (lgIIIbl), представленный ленточными глинами мощностью до 7 м.

 

Рис. 1. Географическое положение объекта исследований (отмечено звездой) и общий вид опорного разреза в карьере завода “Эталон”. На фото показана колонка магнитной полярности для толщи микулинского мариния, полученная по результатам проведенных исследований: черный цвет – нормальная полярность, серый цвет – интервал низких наклонений, сопоставляемый с экскурсом Блейк. Стратиграфо-генетические подразделения: gm, lgIIms – гляциомариний, гляциолимний московский; mIIImk – мариний микулинский; gIIIos – ледниковые отложения (тилл) осташковский; lgIIIbl – гляциолимний Балтийского ледникового озера.

 

Отбор образцов из мгинской морской толщи микулинского горизонта для их петро- и палеомагнитного изучения проводился в виде ориентированных штуфов с интервалом 2–5 см, образец для датирования отложений методом оптически стимулированной люминесценции (ОСЛ) был отобран на глубине 2.6 м (рис. 2).

 

Рис. 2. Результаты магнитных чисток (а) и палеомагнетизм микулинской межледниковой толщи в разрезе “Эталон” (б): χ – магнитная восприимчивость, NRM – естественная остаточная намагниченность, D – склонение СhRM, I – наклонение ChRM, МП – магнитная полярность. Розовым цветом отмечен интервал разреза, соответствующий экскурсу Блейк; пунктиром показана величина наклонения центрального осевого диполя в районе исследования (73.5°).

 

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Все петро- и палеомагнитные измерения выполнялись в Петромагнитной лаборатории гео- логического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова и Лаборатории Главного геомагнитного поля и петромагнетизма ИФЗ им. О. Ю. Шмидта РАН (г. Москва) согласно стандартным методикам [4, 5] на оборудовании Центра коллективного пользования [6]. Для всей коллекции из 166 образцов было выполнено ступенчатое размагничивание переменным магнитным полем (AF-чистка) до 35–50 мТл с помощью приставки-демагнетайзера к криогенному магнитометру; часть образцов подверглась температурной магнитной чистке (Т-чистка) до 400°C в немагнитной печи MMTD-80 (“Magnetic Measurements”, Англия). Величина и направление остаточной намагниченности образцов измерялись на спин-магнитометре JR-6 (“AGICО”, Чехия) и криогенном (SQUID) магнитометре (2G Enterprises, США), компонентный анализ выполнялся в приложении PMTools [7]. Термомагнитные исследования образцов проводились на каппометре KLY-4S с термоприставкой CS-3 (“AGICO”, Чехия), весах Кюри конструкции Ю. К. Виноградова и вибромагнитометре PMC VSM Micromag 3900 (“LakeShore”, США).

Пробоподготовка и гамма-спектрометрические измерения для ОСЛ-датирования выполнены в лаборатории ОСЛ ФГБУ “ВСЕГЕИ” (Санкт-Петербург). Люминесцентные измерения производились в Кёльнской люминесцентной лаборатории (Кёльнский университет, Германия). Навески зерен калиевых полевых шпатов (КПШ) фракции 90–150 мкм были подготовлены для ОСЛ-датирования по стандартной методике [8]. Активности радионуклидов определялись на сверхнизкофоновом гамма-спектрометре с детектором на основе особо чистого германия Canberra BE3825 после герметизации образцов воском и выдержки в течение не менее 20 дней. Измерения ОСЛ в маленьких (1 мм) навесках зерен КПШ выполнялись на ТЛ/ОСЛ-ридере Risø с применением протокола pIRIR₂₂₅ [9]. Мощность дозы и возраст рассчитаны с использованием модифицированного калькулятора DRAC [10]. В полученный возраст введена поправка на аномальное затухание [11]; значение возраста приводится со стандартной погрешностью измерения (1σ).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Естественная остаточная намагниченность (NRM) всех изученных образцов состоит преимущественно из одной, реже – двух компонент: высококоэрцитивной (20–50 мТл) (высокотемпературной, 250–400°C), которая, как правило, является характеристической (ChRM), и низкокоэрцитивной (низкотемпературной) вязкой компоненты, разрушающейся в поле до 5–15 мТл либо при температурах 100–160°C (рис. 2 а). Характеристическая компонента намагниченности, по результатам петромагнитных и микроскопических исследований, связана с биогенным грейгитом, сингенетическое образование которого происходило вследствие жизнедеятельности магнитотактических бактерий. Таким образом, синхронный или же практически синхронный с образованием осадка процесс формирования минерала-носителя характеристической компоненты намагниченности является доводом в пользу ее первичности [12]. Присутствие в морских отложениях грейгита, возникшего в ходе раннедиагенетических преобразований, фиксируется в средней части разреза и выражается в резком увеличении величины k_m и NRM, что, однако, не влияет на палеомагнитную запись (рис. 2 б); его образование и сохранение в отложениях связано с недостаточным для завершения процесса диагенетической пиритизации количеством органического вещества [13].

По результатам компонентного анализа [14] образцы микулинского мариния несут характеристическую компоненту прямой полярности, при этом в верхней части разреза в интервале глубин 1.82–3.55 м четко выделяется зона, характеризующаяся заниженными (от 20 до 55°) наклонениями (I). Средние значения I в данном интервале составляют 35–45°, в то время как для остальной части разреза величины наклонения варьируют преимущественно в пределах 75–85° и близки к ожидаемому наклонению центрального осевого диполя для района исследования (73.5°), рассчитанному по модели IGRF-13 (рис. 2 б). В связи с этим заниженные более чем на 40–45° значения I на глубине 1.82–3.55 м (36 образцов) позволяют определять аномальное поведение виртуального геомагнитного полюса (VGP) в данном интервале в качестве экскурса [15] и, учитывая хроностратиграфическое положение микулинского межледникового горизонта, соответствуют экскурсу геомагнитного поля Блейк. Возраст, оцененный для отложений на глубине 2.6 м методом ОСЛ, составил 117±7 тыс. лет (RGI-876, C–L5333).

Таким образом, возраст экскурса геомагнитного поля Блейк, выделенного в разрезе “Эталон” по заниженным наклонениям ChRM в верхней части мгинской морской толщи, составляет 117±7 тыс. лет и достаточно хорошо согласуется с известными временными оценками экскурса (см., например, [16, 17]). Полученные данные позволяют использовать экскурс Блейк в качестве регионального стратиграфического репера для детального хроностратиграфического расчленения отложений микулинского горизонта, а также корреляции ключевых геомагнитных и палеоклиматических событий во время последнего межледниковья. Результаты исследований определяют разрез “Эталон” как весьма перспективный объект для детального изучения тонкой структуры магнитного поля Земли в начале позднего неоплейстоцена.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Алексею Николаевичу Диденко за ценные замечания к рукописи статьи.

Источник финансирования

Исследования проведены в рамках темы НИР ИФЗ РАН № 122040600085-6 и на оборудовании ЦКП “Петрофизика, геомеханика и палеомагнетизм” ИФЗ РАН.

作者简介

V. Dudanova

Lomonosov Moscow State University; Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: roman.veselovskiy@ya.ru

Geological faculty

俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

R. Veselovskiy

Lomonosov Moscow State University; Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: roman.veselovskiy@ya.ru

Geological faculty

俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

M. Ruchkin

Saint Petersburg State University; Karpinsky Russian Geological Research Institute

Email: roman.veselovskiy@ya.ru

Institute of Earth Sciences

俄罗斯联邦, Saint Petersburg; Saint Petersburg

M. Sheetov

Karpinsky Russian Geological Research Institute

Email: roman.veselovskiy@ya.ru
俄罗斯联邦, Saint Petersburg

参考

补充文件